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    視線追蹤中一種新的由粗及精的瞳孔定位方法

    李擎 胡京堯 遲健男 張曉翠 張國勝

    李擎, 胡京堯, 遲健男, 張曉翠, 張國勝. 視線追蹤中一種新的由粗及精的瞳孔定位方法[J]. 工程科學學報, 2019, 41(11): 1484-1492. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.06.005
    引用本文: 李擎, 胡京堯, 遲健男, 張曉翠, 張國勝. 視線追蹤中一種新的由粗及精的瞳孔定位方法[J]. 工程科學學報, 2019, 41(11): 1484-1492. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.06.005
    LI Qing, HU Jing-yao, CHI Jian-nan, ZHANG Xiao-cui, ZHANG Guo-sheng. A new pupil localization method from rough to precise in gaze tracking[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(11): 1484-1492. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.06.005
    Citation: LI Qing, HU Jing-yao, CHI Jian-nan, ZHANG Xiao-cui, ZHANG Guo-sheng. A new pupil localization method from rough to precise in gaze tracking[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(11): 1484-1492. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.06.005

    視線追蹤中一種新的由粗及精的瞳孔定位方法

    doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.06.005
    基金項目: 國家重點研發計劃資助項目(2017YFB1002804);運輸車輛運行安全技術交通行業重點實驗室開放課題資助項目;北京市自然科學基金資助項目(4172040)
    詳細信息
      通訊作者:

      E-mail: sy_jnchi@126.com

    • 中圖分類號: TP391.4

    A new pupil localization method from rough to precise in gaze tracking

    More Information
    • 摘要: 基于圖像處理的方法,采用了由粗及精的瞳孔定位思想,提出了一種高精度的瞳孔定位算法。該算法首先利用瞳孔區域的直方圖,采用改進的最大類間方差法自適應地分割瞳孔區域,實現粗略定位,然后利用瞳孔灰度的梯度特性來精確定位瞳孔邊緣點,最后在像素級瞳孔邊緣點的基礎上,采用亞像素定位方法,更精確地求得亞像素級瞳孔邊緣點,并通過橢圓擬合的方法來精確確定瞳孔的中心位置。另外,針對瞳孔被遮擋的情況,本文提出了一種等距離補償瞳孔的方法。多次實驗結果證明了該算法對遮擋瞳孔的定位有較強的魯棒性,可以準確地定位瞳孔的位置。

       

    • 圖  1  算法流程圖

      Figure  1.  Flow diagram of algorithm

      圖  2  下采樣后圖像

      Figure  2.  Image after down-sampling

      圖  3  眼部圖像灰度直方圖

      Figure  3.  Gray histogram of eye image

      圖  4  自適應閾值分割圖

      Figure  4.  Adaptive threshold segmentation image

      圖  5  腐蝕膨脹后的圖

      Figure  5.  Image after erosion and dilation

      圖  6  瞳孔粗定位

      Figure  6.  Pupil coarse localization

      圖  7  瞳孔ROI

      Figure  7.  Region of interest of the pupil

      圖  8  遮擋瞳孔

      Figure  8.  Pupil occlusion

      圖  9  二值化圖

      Figure  9.  Binary image

      圖  10  射線圖

      Figure  10.  Ray diagram

      圖  11  亮斑干擾示意圖

      Figure  11.  Diagram of light spot interference

      圖  12  亞像素邊緣檢測

      Figure  12.  Sub-pixel edge detection

      圖  13  瞳孔邊緣點

      Figure  13.  Pupil margin point

      圖  14  瞳孔橢圓

      Figure  14.  Pupil ellipse

      圖  15  瞳孔左右邊緣

      Figure  15.  Left and right margins of pupil

      圖  16  補償示意圖

      Figure  16.  Diagram of compensation

      圖  17  瞳孔擬合圖

      Figure  17.  Pupil fitting image

      圖  18  系統硬件

      Figure  18.  Hardware of the system

      圖  19  圖像處理結果. (a) 人眼圖像; (b) 二值化; (c) 腐蝕膨脹; (d) 瞳孔粗定位; (e) 瞳孔精確分割; (f) 瞳孔擬合

      Figure  19.  Results of image processing: (a) eye image; (b) binarization; (c) erosion and dilation; (d) pupil coarse localization; (e) accurate pupil segmentation; (f) pupil fitting

      圖  20  兩種方法結果對比. (a) 示例1文獻[9]方法; (b) 示例2本文方法; (c) 示例1文獻[9]方法; (d) 示例2本文方法

      Figure  20.  Comparison of the methods of fitting results: (a) result of literature [9] method; (b) result of this paper’s method; (c) result of literature [9] method; (d) result of this paper’s method

      表  1  算法檢測誤差比較

      Table  1.   Comparison of measurement errors between algorithms

      示例平均誤差率/%
      文獻[9]方法本文方法
      Fig.20(a)9.825.47
      Fig.20(c)7.734.52
      下載: 導出CSV

      表  2  瞳孔定位算法速度比較

      Table  2.   Comparison pupil localization speeds between algorithms

      示例時間開銷/ms
      文獻[9]方法本文方法
      Fig.20(a)1316
      Fig.20(c)1417
      下載: 導出CSV

      表  3  瞳孔定位算法精度比較

      Table  3.   Comparison of pupil localization accuracies between algorithms

      算法定位精度/%
      一般質量圖片低質量圖片
      文獻[9]方法92.067.5
      本文方法96.078.5
      下載: 導出CSV
      中文字幕在线观看
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    • 加載中
    圖(20) / 表(3)
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    出版歷程
    • 收稿日期:  2017-09-06
    • 刊出日期:  2019-11-01

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